Цитоскелет клетки состоит из белков

Цитоскелет – это важная составляющая клетки. Строение и функции цитоскелета

Цитоскелет клетки состоит из белков

Вновь посвящая публикацию биологической тематике, поговорим об одной из важнейших в ней – цитоскелет (от греческого “цитос”, что означает “клетка”). Также рассмотрим строение и функции цитоскелета.

Общее понятие

Прежде чем говорить на эту тему, следует дать понятие цитоплазмы. Это внутренняя полужидкая среда клетки, которая ограничена цитоплазматической мембраной. В эту внутреннюю среду не входят ядро и вакуоли клетки.

А цитоскелет – это каркас клетки, который находится в цитоплазме клетки. Он есть в клетках эукариот (живые организмы, содержащие в клетках ядро). Является динамичной структурой, которая способна изменяться.

В некоторых источниках, рассматриваемых строение и функции цитоскелета, дается несколько иное, сформулированное другими словами определение. Он является опорно-двигательной системой клеток, которая образована белковыми нитчатыми структурами. Участвует в движении клетки.

Строение

Рассмотрим строение данной структуры, далее узнаем, какие функции выполняет цитоскелет.

Цитоскелет образовался за счет белков. В его структуре выделяется несколько систем, название которых происходит от основных структурных элементов, либо от основных белков, которые входят в состав данных систем.

Поскольку цитоскелет – это структура, то в ней выделяют три основные составляющие. Они играют важную роль в жизни и движении клеток.

Цитоскелет состоит из микротрубочек, промежуточных филаментов и микрофиламентов. Последние иначе называют актиновыми филаментами. Все они по своей природе нестабильны: постоянно собираются и разбираются. Таким образом, все компоненты имеют динамическое равновесие с белками, им соответствующими.

Микротрубочки цитоскелета, представляющие собой жесткую структуру, присутствуют в цитоплазме эукариотов, а также в ее выростах, которые называются жгутиками и ресничками. Их длина может варьироваться, некоторые достигают несколько микрометров в длину. Иногда микротрубочки объединяются с помощью ручек или мостиков.

Микрофиламенты состоят из актина – белка, похожего на тот, что входит в состав мышц. В их строении в малом количестве есть и другие белки. Главное отличие актиновых филаментов от микротрубочек состоит в том, что некоторых из них нельзя увидеть в световом микроскопе. В животных клетках они объединяются в сплетение под мембраной и, таким образом, связаны с ее белками.

Микрофиламенты животных и растительных клеток также взаимодействуют с белком миозином. При этом их система имеет способность к сокращению.

Промежуточные филаменты состоят из различных белков. Данный структурный компонент достаточно не изучен. Есть вероятность, что у растений он вообще отсутствует.

Также некоторые ученые считают, что промежуточные филаменты являются дополнением к микротрубочкам.

Точно доказано то, что при рзрушении системы микротрубочек филаменты перестраиваются, а при обратной процедуре влияние филаментов практически не сказывается на микротрубочках.

Функции

Говоря о строении и функциях цитоскелета, перечислим, каким именно образом он влияет на клетку.

Благодаря микрофиламентам, происходит движение белков вдоль мембраны цитоплазмы. Актин, содержащийся в них, принимает участие в мышечных сокращениях, фагоцитозе, движениях клетки, а также в процессе слияния сперматозоидов и яйцеклеток.

Микротрубочки активно участвуют в поддержании клеточной формы. Еще одна их функция – транспортная. Они переносят органеллы. Они могут выполнять механическую работу, куда входит перемещение митохондрий и ресничек. Особо важная роль принадлежит микротрубочкам в процессе клеточного деления.

Они направлены на создание или сохранение определенной клеточной асимметрии. Под определенным воздействием микротрубочки разрушаются. Это может привести к утрате данной асимметрии.

К функциям цитоскелета также относятся адаптация клетки ко внешнему воздействию, процессы эндо- и экзоцитоза.

Таким образом, мы рассмотрели, какие функции выполняет цитоскелет в живом организме.

Эукариоты

Между эукариотами и прокариотами существует определенная разница. Поэтому важно рассмотреть цитоскелет данных животных. Эукариоты (животные, имеющие в клетке ядро) имеют три типа филаментов.

Актиновые филаменты (иначе говоря, микрофиламенты) размещаются у мембраны клетки. Они принимают участие в межклеточном взаимодействии, а также передают сигналы.

Промежуточные филаменты – это наименее динамичная часть цитоскелета.

Микротрубочки являются полыми цилиндрами, они – очень динамичная структура.

Прокариоты

К прокариотам относятся одноклеточные организмы – бактерии и археи, которые не имеют сформированного ядра. Считалось, что прокариоты не имеют цитоскелета. Но с 2001-го года начались активные исследования их клеток. Были найдены гомологи (схожие, подобные) всех элементов эукариотного цитоскелета.

Ученые установили, что одна из белковых групп бактериального клеточного скелета не имеет аналогов среди эукариотов.

Заключение

Таким образом, мы рассмотрели строение и функции цитоскелета. Он играет исключительно важную роль в жизнедеятельности клетки, обеспечивая важнейшие ее процессы.

Все цитоскелетные компоненты взаимодействуют. Это подтверждается существованием прямых контактов микрофиламентов, промежуточных филаментов и микротрубочек.

Согласно современным представлениям, важнейшим звеном, которое объединяет различные клеточные части и осуществляет передачу данных, является именно цитоскелет.

Источник: https://FB.ru/article/331770/tsitoskelet---eto-vajnaya-sostavlyayuschaya-kletki-stroenie-i-funktsii-tsitoskeleta

Урок 2: Клетка организма человека

Цитоскелет клетки состоит из белков

План урока:

Мембрана клетки

Ядро и наследственная информация

Митохондрии и энергия

Шероховатая эндоплазматическая сеть и синтез белка

Гладкая эндоплазматическая сеть

Комплекс Гольджи

Эндосомы, лизосомы и внутриклеточное переваривание

Цитоплазма и цитоскелет

Включения в цитоплазме

Впервые клетку увидел Роберт Гук ещё в XVII веке. Считалось, что эта частица, наполненная жидкостью, нужна лишь для заполнения ткани веществом.

Лишь в середине XIX века Рудольф Вирхов ввёл принцип «клетка происходит только из клетки». Стало ясно, что жизнь не самозарождается, а развивается и продолжается согласно строгим биологическим законам. И ведущую роль в этом играет деление клетки. В конце XIX века были открыты органеллы – компоненты клетки, которые выполняют определённые функции подобно органам в целом организме.

Клетка – это основа строения и функции любой ткани. Знания о том, как она устроена и работает, позволяют понять, как живёт и болеет организм.Тело человека состоит из нескольких триллионов клеток, которые подразделяют на несколько десятков типов. Но почти все они имеют общие черты строения.

Мембрана клетки

Синонимы: плазмолемма, цитолемма, плазматическая мембрана.

Роль липидов в клеточной мембране

Основа строения мембраны клетки – это липидный бислой (его также называют билипидный слой). Приставка «би» означает «два», «двойной», «липид» означает «жир». То есть это структура, состоящая из двойной слоя липидов (жиров).

В основном бислой образуют фосфолипиды – молекулы жиров, в которые встроена молекула фосфорной кислоты. Фосфолипид состоит из фосфорной головки и липидного хвостика. Липидный хвостик избегает контакта с водой, фосфорная головка «стремится» к молекулам воды.

Источник

В водной среде фосфолипидные молекулы ориентируются так, что образуется двойной слой с головками снаружи и хвостиками внутри.

Источник

При температуре тела 34 – 40°C молекулы внутри мембраны постоянно перемещаются. Такая текучесть создаётся благодаря липидам, в том числе холестерину (холестеролу).

Роль белков в клеточной мембране

Более половины массы мембраны приходится на белковые молекулы – протеины. Одни белки проходят липидный бислой насквозь, другие белки находятся лишь на поверхности бислоя. Белки, которые пронзают липидный бислой, создают в нём каналы. Благодаря им клетка не просто так, а очень избирательно обменивается молекулами с окружающей средой. Поэтому в клетку проходят только нужные молекулы.

Белки выполняют разные функции в клетке.

  • Белки-ферменты участвуют в биохимических реакциях – превращения одних веществ в другие. Большинство биохимических реакций организма без ферментов остановятся.
  • Белковые рецепторы находятся снаружи мембраны. Рецепторы – это молекулы для связи с определёнными внешними молекулами, например, гормонами. Гормоны связываются с рецепторами и управляют жизнью клетки. Например, гормон инсулин связывается с рецептором клетки и только после этого в клетку может войти глюкоза. Другими словами, инсулин – это ключ, инсулиновый рецептор – замок, который открывает двери для глюкозы. Хотя это правило работает не во всех тканях.
  • Белки-переносчики транспортируют молекулы в клетки.

Роль углеводных молекул

Углеводные молекулы встроены в состав некоторых жиров (гликолипидов) и белков (гликопротеинов). Они придают поверхности клетки отрицательный заряд. Благодаря этому, например, эритроциты отталкиваются друг от друга и не склеиваются.

Углеводы образуют особый слой на поверхности клетки – гликокаликс. Благодаря ему клетки распознают друг друга. В гликокаликсе есть ферменты для переваривания различных молекул. Например, гликокаликс клеток тонкой кишки содержит ферменты для переваривания пищи.

Эндоцитоз и экзоцитоз

Крупные молекулы не могут пройти через мембрану, поэтому клетка поглощает их другим способом – эндоцитозом.

Плазмолемма охватывает молекулу, закрывает её в мембранный пузырёк и продвигает пузырёк дальше в клетку. Эндоцитоз – это оружие некоторых клеток иммунной системы (нейтрофилов и макрофагов).

Они захватывают и уничтожают целые микроорганизмы. В таком случае эндоцитоз называют фагоцитозом.

Эндоцитоз

Если клетке нужно избавиться от непереваренных или вредных веществ, она использует экзоцитоз. Лишние молекулы упаковываются в пузырёк, он перемещается к клеточной мембране, встраивается в неё и выбрасывает содержимое наружу.

Экзоцитоз

Таким образом мембрана клетки не только защищает клетку, но и выполняет другие функции:

  • распознаёт различные молекулы, которые меняют жизнедеятельность клетки, например, гормоны;
  • распознаёт соседние клетки;
  • определяет, какие вещества будут поступать в клетку.

Ядро и наследственная информация

Основная функция ядра клетки – хранение и передача наследственной (генетической) информации обо всех белках организма. Один из видов белков – ферменты, отвечают за биохимические реакции. Поэтому можно сказать, что в ядре запрограмированы все процессы организма.

Наследственная информация содержится в 46 хромосомах. Одна хромосома образована молекулой ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) примерно 5 см длиной. Такая огромная ДНК умещается внутри ядра благодаря плотной упаковке.

Она как бы намотана на специальные белки, которые называются гистоновыми белками. Комплекс белков и ДНК также называется хроматином. Другими словами, хроматин – это генетический материал, который виден в световой микроскоп.

В ядре выделяют ядерную оболочку (кариолемму), хроматин, ядрышко, ядерный сок (кариоплазму).

Наследственная информация дополнительно защищена мощной оболочкой. Оболочка ядра клетки состоит из двух слоёв – внутренней мембраны и внешней мембраны. В ядерной оболочке есть поры, через которые ядро обменивается с цитоплазмой различными молекулами. Чем активнее работает клетка, тем интенсивнее идёт обмен. А значит ядерных пор всё больше, они даже могут занимать треть площади оболочки.

Если рассматривать клетки в световой микроскоп, то у активных клеток ясно видно светлое пятно в ядре. Это ядрышко – участки хромосом, в которых синтезируется рибосомальная РНК (рибонуклеиновая кислота, рРНК).рРНК– это основная молекула рибосом. Рибосомы – это органеллы, которые синтезируют белок.

Митохондрии и энергия

В строении митохондрии есть общие с клеткой черты, например, свои ДНК и рибосомы. Дело в том, что когда-то митохондрия была самостоятельным организмом, бактерией, поселившейся в клетке. Со временем она стала незаменимой энергетической станцией для клетки.

Стенка митохондрии состоит из внешней и внутренней мембран. Внутренняя мембрана образует складки – кристы.

На внутренней мембране митохондрий происходит сложный процесс запасания энергии в виде фосфатных связей молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Молекулы АТФ – это маленькие батарейки.

Если для какого-то действия нужна энергия, происходит разрыв связей между остатками фосфорной кислоты и выделяется энергия.

Шероховатая эндоплазматическая сеть и синтез белка

Шероховатую эндоплазматическую сеть (шЭПС) также называют гранулярной ЭПС. Это место синтеза белка, любого, какой понадобится клетке. На наружной поверхности шЭПС находится много рибосом, которые синтезируют белковые молекулы.

Строение шероховатой эндоплазматической сети Источник

В ДНК закодирована информация о строении всех белков организма. Участок, несущий информацию о строении белка, называется «ген». Белки – это молекулы, состоящие из нескольких аминокислот. Для того, чтобы создать любой белок, клетка должна «прочитать» ген и собрать цепочку из нужных аминокислот.

Для чтения и сборки существуют молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК) – информационная РНК (иРНК), транспортная РНК (тРНК) и рибосомальная РНК (рРНК). иРНК – это копия гена, тРНК – это переносчик аминокислот, рРНК – это основа рибосомы.

Сначала на основе гена строится молекула информационной РНК – иРНК. Затем иРНК через ядерные поры выходит из ядра. На неё садятся рибосомы – органеллы, состоящие из рРНК. Пока иРНК проходит сквозь рибосому, к ней подходят тРНК с нужными аминокислотами. В рибосоме происходит сборка молекулы белка

Гладкая эндоплазматическая сеть (глЭПС)

Гладкая (агранулярная) эндоплазматическая сеть состоит из канальцев, трубочек и пузырьков. В глЭПС происходят важные для клетки события:

  • Синтезируются липиды, в том числе холестерин. Холестерин не только влияет на текучесть мембраны клетки. На его основе синтезируются стероидные гормоны: гормоны надпочечников (кортизол), половые гормоны (эстрогены, тестостерон).
  • Образуется гликоген – запас глюкозы, который обеспечивает потребность организма в энергии.
  • Обезвреживаются ядовитые вещества.
  • Накапливается кальций, необходимый для работы некоторых клеток. Например, глЭПС очень развита в мышечных клетках, где кальций нужен для работы мышц.

Комплекс Гольджи

Комплекс Гольджи состоит из стопки цистерн (плоских мешочков) и пузырьков. Одна из интересных функций комплекса Гольджи – редактирование уже синтезированных молекул.

Например, рибосома собрала только цепочку белковой молекулы, а в комплексе Гольджи к белковой молекуле присоединяется молекула углевода, так создаются молекулы для гликокаликса.

Некоторые белки устроены очень сложно: в белковую молекулу может быть встроена молекула жира или углевода.

Если клетка синтезирует гормоны, то их надо сначала упаковать в оболочку, а потом уже выделить в кровоток для других клеток. Упаковкой тоже занимается комплекс Гольджи. Также в нём синтезируются углеводные молекулы.

Молекулы, которые будет редактировать комплекс Гольджи поступают в него в виде пузырьков. Молекулы, которые комплекс Гольджи отдаёт клетке тоже отделяются от него в форме пузырьков (вакуолей).

Эндосомы, лизосомы и внутриклеточное переваривание

Эндосома – это мембранный пузырёк, который переносит молекулы с поверхности клетки в лизосомы и по пути частично их разрушает (переваривает). Лизосомы переваривают молекулы в клетке дальше. За переваривание отвечают ферменты, которых в лизосоме очень много.

С помощью эндосом и лизосом клетки иммунной системы (нейтрофилы, макрофаги) поглощают и уничтожают микроорганизмы. Есть и такой интересный пример.

В костях одновременно происходит разрушение и создание костной ткани, то есть кости постоянно перестраиваются. Образуют костную ткань клетки остеобласты, а разрушают её клетки остеокласты.

Для того, чтобы разрушить костную ткань, остеокласты выбрасывают наружу содержимое своих лизосом, которое «растворяет» вещество костной ткани.

Клетка иммунной системы нейтрофил захватывает бактерию и уничтожает её с помощью ферментов, которые содержатся в лизосомах

Остеокласт разрушает костную ткань, выбрасывая ферменты лизосом за пределы клетки. Для этого процесса нужна энергия молекул АТФ, о которой говорили выше.

Цитоплазма и цитоскелет

Цитоплазма – это жидкая среда, которая заполняет собой клетку. В ней находятся органеллы, необходимые химические вещества, протекают биохимические реакции.

Цитоскелет клетки состоит из двух основных структур – белковых микротрубочек и белковых нитей. Само название «цитоскелет» подсказывает, что это опорный каркас клетки, но на самом деле этим его значение не исчерпывается.

Микротрубочка

Микротрубочки перемещают вещества по отросткам нервных клеток (нейронов)

Из микротрубочек состоит клеточный центр, который участвует в делении клетки

На некоторых клетках есть выросты цитоплазмы с каркасом из микротрубочек. Это реснички и жгутики. В человеческом организме жгутик есть только у сперматозоида. Реснички выстилают дыхательные пути. Когда реснички движутся, они выталкивают слизь с налипшими микробами и частицами пыли. Таким образом дыхательная система освобождается от возбудителей инфекционных заболеваний и вредных веществ.

Реснички на клетках, выстилающих полость носа с прилипшими частицами. Изображение получено с помощью электронного микроскопа

Источник

Микрофиламенты – это тонкие белковые нити. Они участвуют в эндоцитозе и экзоцитозе, перемещении органелл и самой клетки. Также они образуют соединения между клетками.

Есть клетки, у которых выросты цитоплазмы укреплены микрофиламентами. Такие выросты увеличивают площадь поверхности клетки и называются микроворсинками. Например, это важно для клеток тонкой кишки, где переваривается и всасывается огромное количество питательных веществ.

Промежуточные филаменты – это прочные канаты, сплетённые из белковых молекул. Из них построен трёхмерный каркас для клетки. Также они образуют соединения между клетками, так из клеток получается своеобразное полотно – ткань.

Если клетка повреждается, то сеть промежуточных филаментов окружает ядро и связывает повреждённые органеллы. После этого повреждённые структуры будут уничтожены. По мере восстановления клетки сеть промежуточных филаментов расправляется и снова занимает всю цитоплазму.

Основные функции цитоскелета:

  • Создаёт каркас для клетки, ведь клетка похожа на полость с жидкостью или гелем;
  • помогает клетке двигаться, что особенно важно для иммунной системы;
  • перемещает вещества внутри клетки;
  • транспортирует вещества в клетку и через неё, например, способом эндоцитоза и экзоцитоза;
  • образует соединения между клетками, благодаря этому клетки составляют целые пласты – основу структуры тканей.

Включения в цитоплазме

Включения цитоплазмы – это вещества, которые появляются в клетке время от времени. Некоторые примеры включений:

  • жиры в виде капель, которые расходуются для синтеза холестерола, половых гормонов, гормонов надпочечников на другие нужды;
  • гликоген – запас глюкозы для питания клеток;
  • пигмент меланин, который синтезируется в особых клетках меланоцитах; он защищает кожу от ультрафиолетовых лучей.

Меланоцит с гранулами меланина. Меланин определяет цвет кожи, волос, глаз

Источник: https://100urokov.ru/predmety/urok-2-kletka-organizma-cheloveka

Цитоскелет

Цитоскелет клетки состоит из белков

Цитоскелет — это клеточный каркас или скелет, находится в цитоплазме живой клетки. Он присутствует во всех клетках, как эукариот (животных, растений, грибов и простейших), так и прокариот.

Это динамичная структура постоянно меняется, в функции которой входит поддержка и адаптация формы клетки к внешним воздействиям, экзо- и эндоцитоз, обеспечение движения клетки как целого, активный внутриклеточный транспорт и клеточное деление. Цитоскелет образованный белками.

В цитоскелета выделяют несколько основных систем, называемых или основными структурными элементами, заметными при электронно-микроскопических исследованиях (микрофиламенты, промежуточные филаменты, микротрубочки), или по основным белками, входящих в их состав (актин-миозиновых система, кератиновое система, тубулин- динеинова система).

Общий план строения филаментов цитоскелета

Элементы цитоскелета являются полимерами, мономерами которых выступают определенные белковые субъединицы.

В отличие от других биополимеров, таких как сами белки или нуклеиновые кислоты, структурные единицы цитоскелета соединены друг с другом слабыми нековалентными связями.

Полимерная строение выгодна из-за того, что позволяет клетке быстро перегруппировывать цитоскелет: белковые мономеры маленькие, и они могут быстро диссоциировать в цитоплазме, в отличие от длинных филаментов.

Промежуточные филаменты состоят из субъединиц, которые сами являются удлиненными фибриллярного белка, в то время как мономерами микрофиламентов и микротрубочек является глобулярные белки актин и тубулин соответственно.

Белки цитоскелета могут самоорганизовываться в длинные филаменты, образуя различные типы латеральных контактов и контактов типа «хвост-голова».

В живой клетке этот процесс регулируется огромным количеством вспомогательных белков.

Элементы цитоскелета могут быть одновременно динамичными и очень прочными за того, что они состоят из нескольких протофиламентив — длинных линейных нитей, построенных с мономеров, размещенных в один ряд. Обычно протофиламенты спирально закручиваются друг вокруг друга.

Микротрубочки состоят из тринадцати протофиламентив размещенных по кругу, микрофиламенты — из двух спирально закрученных, а промежуточные филаменты — с восьми.

Вследствие такого строения диссоциация мономера с конца фибриллы происходит значительно легче, чем разрыв посередине, так как для диссоциации необходимо разрушения только одного продольного связи и одного-двух латеральных, а для разрыва — большого количества продольных связей.

Поэтому перестройка элементов цитоскелета происходит относительно легко, и в то же время они могут легко противостоять тепловым повреждением и выдерживать различные механические воздействия.

Элементы цитоскелета эукариот

Основными функциями цитоскелета является поддержание формы клетки и обеспечения перемещения как клетки в целом, так и внутриклеточных компонентов внутри клетки. Цитоскелет состоит из трех основных компонентов: микрофиламентов, микротрубочек и промежуточных филаментов. Это супрамолекулярные, протяжные полимерные структуры, состоящие из белков одного типа.

Сравнительная характеристика основных элементов цитоскелета
МикротрубочкиАктиновые филаментыПромежуточные филаменты
Фотография
Схема строения
СтрукутраТрубка из 13 протофиламентив белка тубулинаДва закрученных одна вокруг одного протофиламенты актинаНесколько протофиламентив, состоящие из фибриллярных белков объединены в канатоподибну структуру
Диаметр25Нм с просветом в 15 нм7 нм8-12нм
Белковые субъединицыТубулин — димер, состоящий из α- и β-тубулинаАктинРазличные белки в зависимости от типа клеток и функции (например кератин, белки ламины, виментину т.д.)
Нуклеотиды нужны для полимеризацииГТФАТФНе нужны
Основные функции
  • Поддержание формы клетки
  • Утоворення ресничек и жгутиков, обеспечивающих локомоциях клетки
  • Расхождения хромосом во время деления клеток
  • Транспорт органелл
  • Поддержание клеточной формы
  • Изменения в форме клеток
  • Сокращение мышц
  • Движение цитоплазмы
  • Локомоция клетки с помощью псевдоподий
  • Обеспечение цитокинеза
  • Поддержание формы клетки
  • Закрепление ядра и других органелл в определенном положении
  • Образование ядерной ламины
  • Поддержка аксонов в нейронах

Динамика элементов цитоскелета

Элементы цитоскелета являются динамическими структурами: их можно сравнить с цепочкой муравьев, которые идут к месту сбора пищи. Хотя сам цепочка может существовать часами, каждый муравей в нем находится в постоянном движении.

Так же и элементы цитоскелета постоянно обмениваются субъединицами с цитоплазмой, где мономеры находятся в растворимой форме.

Относительной стабильностью характеризуются только промежуточные филаменты, поэтому информация о динамике касается в большей степени микротрубочек и актиновых филаментов.

Примером динамичности и гибкости цитоскелета клетки может быть перегруппировки микротрубочек, которые в интерфазе образуют структуру похожую на звезду, лучи которой отходят от центра клетки, а перед разделением способны быстро создать веретено деления.

В то же время некоторые структуры, построенные из элементов цитоскелета могут существовать очень долгое время: например на поверхности волосковых клеток внутреннего уха является вырасти — стереоцили, поддерживаемых пучками микрофиламентов.

Эти пучки существуют на протяжении всей жизни животного, хотя их субъединицы постоянно обновляются

Скорость присоединения и диссоциации субъединиц описывается константами k on (измеряется в М -1 × с -1) и k off (измеряется в с -1) соответственно.

Причем скорость присоединения зависит не только от k on, но и от концентрации свободных мономеров в цитоплазме, а скорость диссоциации является постоянной.

Когда филамент растет, то количество свободных мономеров в цитоплазме падает, пока не достигнет определенного уровня — критической концентрации (C C), при которой скорость присоединения будет равна скорости диссоциации: C C × k on = k off, откуда:

Нуклеация

Мономеры элементов цитоскелета могут спонтанно образовывать комплексы в растворе. Однако, такие олигомеры обычно нестабильны, потому что каждая субъединица в них образует связи только с небольшим количеством других. Этих взаимодействий часто недостаточно, чтобы удержать комплекс, и он в основном быстро распадается.

Для образования длинных филаментов необходимо наличие первоначального агрегата с такого количества мономеров, которой будет достаточно для стабилизации, такой агрегат называется ядром, а процесс его образования — нуклеации.

Для актиновых филаментов, ядро ​​должно состоять минимум из трех субъединиц, тогда как образование микротрубочек начинается с сложного комплекса (предположительно, из 13 молекул тубулина, образующих кольцо).

Нуклеация обычно является лимитирующим этапом в образовании длинных филаментов в растворе свободных мономеров. После инициации полимеризации в таком растворе наблюдается лаг-фаза, во время которой не наблюдается образование филаментов.

Ее существование объясняется тем, что нестабильность небольших олигомеров создает кинетический барьер в полимеризации, и длится она до тех пор, пока не произойдет процесс нуклеации.

Если к раствору мономеров добавить готовые комплексы субъединиц (например, состоящие из соединенных ковалентно мономеров), тогда лаг-фазы наблюдаться не будет.

Потребность в нуклеации используется клеткой для регулирования образования новых элементов цитоскелета. Существуют специальные белки, которые могут катализировать нуклеации в специфическом месте, где необходимо образование микротрубочек или актиновых филаментов.

Полярность микротрубочек и микрофиламентов

В отличие от мономеров промежуточных филаментов, актин и тубулин имеют два структурно и функционально разные концы. В составе микрофиламентов и микротрубочек все субъединицы возвращены в одну сторону, таким образом данные элементы цитоскелета обладают полярностью. Два конца этих филаментов отличаются по динамике полимеризации и деполимеризации:

  • конец, на котором полимеризация и деполимеризация происходят быстрее называется плюс концов;
  • конец, на котором полимеризация и деполимеризация происходят медленнее называется минус концов.

В микротрубочках α-субъединицы тубулина возвращены в минус-конца, а β — до плюс. В Микрофиламентов мономеры актина размещены таким образом, что их АТФ-связывающая щель указывает в сторону минус конца.

Несмотря на то, что абсолютные занчення k on и k off могут сильно отличаться для плюс и минус конца, их соотношение является постоянной величиной.

Поскольку изменение свободной энергии ΔG вследствие диссоциации или присоединения новой субъединицы одинакова, не в зависимости от того, на каком конце филамента произошли изменения.

Поэтому, когда концентрация свободных мономеров C C C, оба конца растут. Это подтверждается только при отсутствии гидролиза нуклеозидтрифосфатов (АТФ или ГТФ).

Гидролиз нуклеотидтрифосфатив

Актин и тубулин — это не просто мономеры элементов цитоскелета, они также являются ферментами, которые могут осуществлять гидролиз АТФ и ГТФ соответственно.

Одна молекула актина связывает одну молекулу АТФ, тогда как димер тубулина — две молекулы ГТФ (по одной на каждую субъединицу), то ГТФ, что находится в α-субъединицы никогда не гидролизуетья и не обменивается, тогда как ГТФ β-субъединицы может превращаться на ГДФ.

В свободных мономерах актина и тубулина гидролиз нуклеотидов происходит очень медленно, для ускорения этого процесса необходимо действие определенного фактора — ГТФаза- или АТФаза-активирующих белков.

Причем для тубулина и актина такими факторами являются другие молекулы тубулина или актина соответственно, поэтому гидролиз нуклеотидтрифосфату значительно ускоряется после инкорпорации мономера в филамент цитоскелета, где он взаимодействует с другими идентичинмы молекулами.

Микротрубочки и микрофиламенты могут существовать в двух формах «Т-форме» (мономеры связаны с ГТФ или АТФ) и «Д-форме» (мономеры связаны с ГДФ или АДФ).

После гидролиза нуклеотидтрифосфату большая часть энергии, высвобождаемой «хранится» в структуре филаментов.

Поэтому изменение свободной энергии для диссоциации мономера с Д-формы становится негативный, чем для диссоциации с Т-формы, а следовательно и соотношение k off / k on, равное значению критической концентрации, будет больше для Д-формы, чем для Т. Иными словами, Д-форма более «склонна» к диссоциации. При определенном значении концентрации свободных субъединиц C, когда C C (T)

Источник: https://info-farm.ru/alphabet_index/c/citoskelet.html

Все о медицине
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: